Ultrasonik kaynak işlemi parametreleri
Ultrasonik kaynağın ana işlem parametreleri şunlardır: genlik, kaynak süresi, tutma basıncı süresi, kaynak basıncı, frekans, vb. En iyi kaynak özellikleri, kaynak yapılacak parçalara ve kullanılan kaynak ekipmanına bağlıdır. Kaynak parametrelerinin ayarlanması, parçanın boyutuna ve sertliğine, özellikle de kaynak kafasının temas noktası ile kaynak bağlantısı arasındaki mesafeye bağlıdır. Kaynak kabiliyeti, plastiğin ultrasonik titreşimleri iletme yeteneği ile sınırlıdır (ve parçalar zarar görmez).
1. Sıklık
Ultrason için yaygın olarak kullanılan frekanslar 20, 30 ve 40 kHz ve yarı kristal plastikler için 15 kHz'dir. 20 kHz en yaygın kullanılan ultrasonik frekanstır çünkü bu frekansta termoplastikleri eritmek için gereken genlik ve gücü elde etmek kolaydır, ancak kontrolü zor olan birçok mekanik titreşim oluşturabilir ve alet çok büyük hale gelebilir. Daha az titreşim üreten daha yüksek bir frekans (40 kHz) uygundur ve genellikle mühendislik plastiklerinin ve güçlendirilmiş polimerlerin kaynaklanması için kullanılır. Yüksek frekanslı kaynak ekipmanının avantajları şunlardır: düşük gürültü, küçük parça boyutu, gelişmiş parça koruması (azaltılmış döngüsel gerilim ve bağlantı arayüzünün dış alanının seçici olmayan ısınması nedeniyle), mekanik enerjinin gelişmiş kontrolü, düşük kaynak basıncı ve İşlem hızı daha hızlıdır. Dezavantajı, parçaların küçük boyutu, düşük güç kapasitesi ve düşük genlik nedeniyle uzak alan kaynağı yapmanın zor olmasıdır. Yüksek frekanslı ultrasonik kaynak makineleri genellikle küçük hassas parçaları (elektrik anahtarları gibi) ve daha az malzeme bozulması gerektiren parçaları kaynaklamak için kullanılır. 15 kHz kaynak makinesi termoplastiklerin çoğunu hızlı bir şekilde kaynaklayabilir ve çoğu durumda malzeme bozulması 20 kHz kaynak makinesi kadar iyi değildir. 20 kHz'de kaynaklanması zor olan parçalar (özellikle yüksek performanslı kauçuk ve plastik teknolojisi ve ekipmandan oluşan parçalar) 15 kHz verimlilikte kaynak yapılabilir. Daha düşük frekanslarda kaynak kafasının rezonans uzunluğu daha uzundur ve her boyutta daha büyük yapılabilir. 15 kHz kullanmanın bir diğer önemli avantajı, daha yüksek frekanslar kullanmaya kıyasla, plastiklerdeki ultrasonik dalgaların zayıflamasını büyük ölçüde azaltabilmesidir, böylece daha yumuşak plastikler kaynaklanabilir ve daha büyük bir uzak alan mesafesi elde edilebilir.
2. Çerçeveler
Kaynağın başarısı, kaynak baş ucunun uygun genliğine bağlıdır. Tüm korna / kaynak kafası kombinasyonları için genlik sabittir. Uygun erime derecesini elde etmek için kaynak yapılacak malzemeye göre genliği seçin. Genel olarak konuşursak, yarı kristal plastikler kristal olmayan plastiklerden daha fazla enerji gerektirir ve bu nedenle daha büyük uç genliği gerektirir. Modern ultrasonik kaynak makinelerinde proses kontrolü, tesviye yapılmasına izin verir. Yüksek genlik erimeyi başlatmak için kullanılır ve düşük genlik erimiş malzemenin viskozitesini kontrol etmek için kullanılır. Artış, kesme bağlantısı tasarım parçalarının kaynak kalitesini iyileştirecektir. Alın birleşimlerinde genlik arttıkça kaynak kalitesi artacak ve kaynak süresi azalacaktır. Ultrasonik kaynak için bir enerji kılavuz çubuğu kullanırken, ortalama ısı kaybı oranı (Qavg), malzemenin kompozit kayıp modülüne (Eʺ), frekansına (ω) ve etki gerilimine (ε0) bağlıdır: Qavg=ωε02Eʺ / 2
Termoplastiklerin kompozit kayıp modülü, sıcaklıkla yakından ilişkilidir. Erime noktasına veya cam geçiş sıcaklığına ulaşıldığında, kayıp modülü artar ve daha fazla enerji ısıya dönüştürülür. Isıtma başladıktan sonra, kaynak arayüzünün sıcaklığı keskin bir şekilde yükselir (1000 ° C / s'ye kadar). Uygulanan gerilme, kaynaklı eklemin genliği ile orantılıdır, bu nedenle kaynaklı arayüzün ısınması, genliği değiştirerek kontrol edilebilir. Genlik, termoplastik ekstrüzyonun akışını kontrol etmek için önemli bir parametredir. Genlik büyük olduğunda, kaynak arayüzünün ısıtma hızı yükselir, sıcaklık yükselir ve erimiş malzemenin akışı hızlanır, bu da moleküler yönelimde bir artışa, flaşta bir artışa ve kaynak mukavemetinde bir azalmaya yol açar. Erimeye başlamak için yüksek genlik gereklidir. Çok düşük genlik, eşit olmayan erime ve eriyiğin erken katılaşmasına neden olacaktır. Genlik arttığında, termoplastik malzeme daha fazla titreşim enerjisi tüketecek ve kaynaklanacak parçalar daha fazla stres taşıyacaktır. Genlik, kaynak döngüsü boyunca sabit kaldığında, genellikle kaynaklı parçalara aşırı hasar vermeyecek en yüksek genlik kullanılır. Polietilen ve polipropilen gibi kristalin plastikler için, genliğin etkisi ABS ve polistiren gibi amorf plastiklerden çok daha büyüktür. Bunun nedeni, kristalin plastiğin eritilmesi ve kaynaklanmasının daha fazla enerji gerektirmesi olabilir. Genlik mekanik olarak (kornayı veya kaynak kafasını değiştirerek) veya elektriksel olarak (dönüştürücüye sağlanan voltajı değiştirerek) ayarlanabilir. Aslında, daha büyük ayarlamalar için mekanik yöntemler kullanılırken, ince ayarlamalar için elektriksel yöntemler kullanılır. Yüksek erime noktalı malzemeler, uzak alan kaynağı ve yarı kristal plastikler genellikle amorf plastiklerden ve yakın alan kaynağından daha büyük genlik gerektirir. Amorf plastiklerin tipik toplam genlik aralığı 30-100 μm iken, kristalin plastiklerin tipik toplam genlik aralığı 60-125 μm'dir. Genlik dağılımı iyi eriyik akışı ve tutarlı yüksek sağlayabilir. Genlik profili, iyi eriyik akışı ve tutarlı yüksek kaynak mukavemeti sağlayabilir. Birleşik genlik ve kuvvet seviyesi için, erimeye başlamak için daha büyük bir genlik ve kuvvet kullanın, ardından kaynak hattı boyunca moleküler yönelimi azaltmak için genliği ve kuvveti azaltın.
3. Kaynak süresi
Kaynak süresi, titreşimin uygulandığı zamandır. Her uygulama için uygun kaynak süresini belirlemek için deney yapın. Kaynak süresinin arttırılması, optimum zamana ulaşılana kadar kaynak gücünü artıracaktır. Kaynak süresinin daha da artması, kaynak mukavemetinde bir azalmaya veya mukavemette sadece hafif bir artışa neden olurken, aynı zamanda kaynak çapaklarını artıracak ve parça girintisi olasılığını artıracaktır. Aşırı kaynaktan kaçınmak önemlidir, çünkü kesilmesi gereken aşırı flaş oluşturur, bu da kaynağın kalitesini düşürebilir ve mühürlenmesi gereken parçalarda sızıntıya neden olabilir. Kaynak kafası yüzeyi çizebilir. Daha uzun kaynak süreleri için, eklem bölgesinden uzak kısımlarda, özellikle kalıplanmış parçaların deliklerinde, kaynaklarında ve keskin köşelerinde erime ve kırılma meydana gelebilir.
4. tutma süresi
Tutma süresi, kaynak sonrası titreşim basıncı olmadan birleştirilecek ve katılaşacak parçalar için nominal süreyi ifade eder. Çoğu durumda, bu parametre kritik bir parametre değildir. İç yükün kaynaklı parçayı sökmesi kolay olmadığı sürece (kaynak işleminden önce sıkıştırılmış bir helezon yay gibi), genellikle 0,3 ~ 0,5 saniye yeterlidir.
5. Basınç
Kaynak basıncı, kaynak kafası ile parça arasındaki bağlantı için gereken statik kuvveti sağlar, böylece parçaya titreşim iletilebilir. Kaynak çevriminin basınç tutma aşamasında, bağlantı noktasındaki erimiş malzeme katılaştığında, aynı statik yük, parçaların bütünsel bağlantısını sağlayabilir. İyi bir kaynak için optimum basıncın belirlenmesi şarttır. Basınç çok düşükse, enerji transferinde zayıf veya yetersiz eriyik akışına neden olacak ve gereksiz uzun kaynak döngüleri ile sonuçlanacaktır. Kaynak basıncını artırmak, aynı yer değiştirmeyi elde etmek için gereken kaynak süresini azaltacaktır. Basınç çok yüksekse, akış yönü boyunca moleküler yönelime neden olur ve kaynak mukavemetini düşürerek parçanın girintisine neden olabilir. Aşırı durumlarda, kaynak kafasının ucuna göre basınç çok yüksekse, kaynak kafasını aşırı yükleyebilir ve durabilir. Ultrasonik kaynakta, yüksek genlik düşük basınç gerektirir ve düşük genlik yüksek basınç gerektirir. Genlik arttıkça, kabul edilebilir basınç aralığı daralır. Bu nedenle, yüksek genlik için en önemli şey, en iyi basıncı bulmaktır. Çoğu ultrasonik kaynak, sabit basınç veya sabit kuvvet altında gerçekleştirilir. Bazı ekipmanlar için döngü sırasında kuvveti değiştirebilir, yani kuvvet profili analizi yapabilir ve parçaya ultrasonik enerji uygulaması sırasında kaynak kuvvetini azaltabilirsiniz. Kaynak döngüsünün sonunda azaltılmış kaynak basıncı veya kuvveti, bağlantıdan ekstrüde edilen malzeme miktarını azaltacak, moleküller arasındaki difüzyon süresini uzatacak, moleküler yönelimi azaltacak ve kaynak mukavemetini artıracaktır. Poliamide benzer daha düşük erime viskozitesine sahip malzemeler için bu, kaynak mukavemetini büyük ölçüde artırabilir.
6. Kaynak yöntemi
Zaman kaynağı, açık döngü süreci olarak adlandırılır. Kaynak kafası düşürülmeden ve dokunulmadan önce kaynak yapılacak parçalar fikstüre monte edilir. Ardından, ultrason belirli bir süre, genellikle 0,2 ila 1 saniye süreyle parçaya etki edecektir. Bu işlem sırasında kaynak başarıyla gerçekleştirilmedi. Sabit bir kaynak süresinin bağlantı üzerinde sabit miktarda enerjinin etki etmesine ve kontrol edilebilir miktarda erime ile sonuçlanmasına neden olduğu varsayımına göre, başarılı kaynak ideal bir durumdur. Aslında, bir döngüden diğerine genliği koruyarak emilen güç aynı değildir. Bu, birden çok faktöre bağlıdır (örneğin, iki parça arasındaki uyum). Enerji, güç ve zamana göre değiştiğinden ve zaman sabit olduğundan, uygulanan enerji bir bölümden diğerine değişir. Tutarlılığın önemli olduğu seri üretim için bu açıkça istenmeyen bir durumdur. Enerji kaynağı, geri besleme kontrollü kapalı döngü bir işlemdir. Ultrasonik makine yazılımı, emilen gücü ölçer ve gerekli enerji girişini eklemlere sağlamak için işlem süresini ayarlar. Bu işlemin varsayımı, her kaynak tarafından tüketilen enerji aynı ise, her bağlantıdaki erimiş malzeme miktarının aynı olmasıdır. Ancak asıl durum kaynak kitinde, özellikle kaynak kafası ile parça arasındaki arayüzde enerji kaybı olmasıdır. Sonuç olarak, bazı parçalar diğerlerinden daha fazla enerji alabilir ve bu da tutarsız kaynak gücüne neden olabilir. Mesafe bazında kaynak, parçaların belirli bir kaynak derinliğinde birleştirilmesine izin verir. Bu çalışma modu zamana, emilen enerjiye veya güce bağlı değildir ve kalıplanmış parçadaki herhangi bir boyutsal sapmayı telafi edebilir, böylece en iyi şekilde her seferinde bağlantıda aynı miktarda plastiğin eritilmesini sağlar. Kaliteyi kontrol etmek için, kaynağı oluşturmak için kullanılan enerji veya süreye bir sınır getirilebilir.
